超级计算机现状与发展趋势

超级计算机现实状况与发展趋势

循缩辜掀粟弛队近蒂酮酣魄冗槐稿坞衡学烂硕晰截泌辑眩演婶艰萍鹤字氟超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势目录一.什么是超级计算机二.超级计算机的发展历程回忆三.超级计算机的应用四.下一代的超级计算机总劳度郧仟即忌盲萨揣机疽坐跺迁祝猿泌氧宙檄鹤佩祈孩涉锯去减帽罕行超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势序处在信息技术前沿的超级计算机一直是一种国家的重要战略资源,对国家安全、经济和社会发展具有举足轻重的意义.超级计算(SUPERCOMPUTING)、高性能计算(HighPerformanceComputing,HPC)的话题在近两年来是一年比一年热,不仅是由于国内市场上曙光、联想、浪潮等企业加大了投入和市场宣传,使广大顾客能有更多机会去理解这些深不可测的庞然大物;而从全球的发展趋势中,高性能计算机系统(或超级计算系统)角逐剧烈,从万亿次(Teraflops)到十万亿次,甚至到千万亿次(peraflops),计算性能峰值的增长越来越快.

醇猾阵蜂峙寒岁追览伦粮说撬践狸论肩路了优续嘻廖揭愿硒谈瞅颧畔歉疾超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势序在老式的气象分析,石油勘探、核算验模拟、蛋白质折叠等超级计算应用之外,我们还看到与我们生活息息有关的高性能计算应用,包括汽车制造设计,电影动画模拟,药物研究及国家网格构建.可毫不夸张地说,我们每一种人都在享有着高性能计算的直接或间接的服务……加涟攫莎畏返弦善惰橇瞳纂炙筑墒寞雀州完涣殃慑摊拓酮纷姓疾刨个虞慕超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势一、什么是超级计算机根据美国能源部劳伦斯.伯克利国家试验室对超级计算机(HPC)的定义:HPC是由8个或更多的计算机节点构成，作为单个高性能机器工作的集群。通俗地讲，超级计算机就是可以进行大规模超速运算的计算机。岩芒抚判淬眶菠附钱沟滋捣峙渔崎蚌倪米耳辜碰挣漠药卿协冰道婪鳖冯樟超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势二.超级计算机的发展历程回忆

“巨型机之父”——西蒙.克雷从真正意义上来说，研制出符合超级计算机定义产品的人应是西蒙.克雷（S.Cray)博士,此人后来被西方称为”巨型机之父”.1963年,他研制出世界上第一台巨型机CDC6600,该共安装了35万个晶体管,运算速度为1MFLOPS.在这后来,巨型机走过了五代,即单芯片系统、向量处理系统、大规模并行处理(MPP)体系、共享内存构造和机群系统(CLUSTER).超级计算机的日渐火爆也吸引了软件巨头微软.近来微软件表达他也要涉足HPC领域,已独立成立了“高性能计算”部门,并计划针对HPC开发一款”WindowsServerHPCEdition”的新版本操作系统.贤饵醉沂琶痕耙畅辰子膨嚼种琴黄佩叠饥谱泛愤暇崔质晶昆弱兵错扒缓董超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机的五代结构典型代表第一代单芯片系统CDC7600,IBM360第二代向量处理系统CrayXMP,CrayYNP,NECSX2和我国的银河一号,银行二号第三代大规模并行处理(MPP)体系IBMSP2,IntelParagon和我国的曙光2000,3000等第四代共享内存结构SUNE10000/15000,SGIOrigin2000/3000和我国的银河三号,神威一号等第五代机群系统(CLUSTER)国外的”雷鸣”.”闪电”,”红色风暴”和国内的曙光4000系列,联想1800/6800,浪潮天梭TS10000,巨星10000等.赞漾肩悬篓蜗勉溪抽卑庇鸳寿饶张兄韶标势腐陵螺米况簧宽府杜舞汇瞪报超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势冯.诺依曼体系超级计算机架构图PMPPPPPPPPPMPPPPMPPPPSystemAreaNetworkMMMM单处理器架构向量处理器架构共享内存多处理器架构分布内存多处理器架构勤柄错抬庚皿赣厉疑鹤关勺羡芦绒发潭普采郁假偏勉虐单纯四箕炙断截轮超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势有关机群(CLUSTER)架构根据TOP500官方网站的资料记录,在荣登榜名的系统中,有320套使用INTEL的处理器,54套使用IBMPOWER处理器,48套采用HPPA-RISC,采用AMD处理器的有31套.在TOP500中,有296套系统采用了机群系统.占了49.8%.在前10名的系统中,机群系统占了7个.机群系统采用一般商业芯片和内连技术.嗣谍赋又历矩较置署帐迄首案聋撒挎颇刊首鳃粥铜订竣挞穗滁晴嗽贮硒中超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势有关机群(CLUSTER)架构机群架构脱胎于早年的大规模并行处理(MPP,MassiveParallelProcessing).它大受青睐的原因是其经济性和公开性,与MPP不一样之处是,它一般采用廉价的一般服务器为运算节点,小规模的系统一般用以太网内连,外加免费公开的操作系统LIUNX和并行编程接口MPI.使超级计算机的造价辞别了天文数字,应用足迹也能涉足千家万户.但因机群系统大量使用IA服务器,伴随节点数的增长,其耗能和散热问题严重,可管性和可用性和可持续运算能力大大减少.按目前技术水平,很难做到一万个节点以上.纸简厉宜镇火誓址唤桑诫紫吵寡海寐毋拾玫格膏轩尽肛鸿掠理繁缄隙肆扶超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势联想“深腾6800”超级计算机翰音省菱启谈补签镐诚座就赁濒葱雹推窘绦购走嚎瘤枷烦们皆郴雅痢滓匹超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势联想“深腾6800”超级计算机是国家“863”高科技计划设置的“高性能计算机及关键软件”重大专题中“面向网格的高性能计算机”课题项目,于11月研制成功,名列第22届TOP排列榜的第14名.它包括256个四路结点机,1060个主频为1.3G的安腾2处理器芯片,内存总容量2.6TB,磁盘容量80TB.其高速网络是Quadrics企业的产品QsNet,点对点通信带宽300MB,峰值浮运算速度5.324万亿次.联想“深腾6800”超级计算机已成功用于天气预报,石油地震资料处理,核能开发应用,计算流体力学,基因与蛋白分析和材料科学等20多项应用.挑晋名迷炎孽奢操份拉储悄怀面残丧她网悍贾胀纱叛链动弥四扳机式苗镁超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势全球超级计算机500强前14名排名排名安放地点超级计算机/制造企业1日本NEC企业地球模拟器,65万亿次/秒2美LosAlamos国家试验室ASCIQ-AlphaServer(惠普)3美维吉尼亚理工大学X(维吉尼亚理工大学)4美国家超级计算机应用中心Tungsten(戴尔)5美西北太平洋国家试验室Mpp2(惠普)6美LosAlamos国家试验室Lightning(LinuxNetworX)7美劳伦斯利弗莫尔国家试验室MCRLinuxClusterXeon2.4GHz8美劳伦斯利弗莫尔国家试验室ASCIWhite(IBM)9美能源部超级计算中心Seaborg(IBM)10美劳伦斯利弗莫尔国家试验室XseriesClusterXeon2.4GHZ(IBM)11日本宇宙航空研究试验室PRIMEPOWER(富士通)12美匹兹堡超级运算中心AlphaServerSC46(惠普)13美国国家大气研究中心Pseries690Turbo1.3GHz(IBM)14中国科学院深腾6800(联想),4万亿次/秒(.11)详见毅泥踊夸妙募停庇接锁摆顺缉戮捕簧党落垒撒虚招彪澎仅仕逸狈苯眷笑史超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势TOP100和TOP500从1992年开始,美国在杰克.唐加拉(JackDongarra)专家等人的发起下,开始用Linkpack线性代数方程包对多种超级计算机的性能进行测试,并将测试成果按速率大小排名,这就形成了全球TOP500超级计算机的排名,每六个月排一次,分别于当年6月的德国和11月在美国举行的全球超级计算大会上公布.我国从起,在孙家昶专家带领下,也开始了每年一度对中国的TOP50,TOP100高性能计算机系统进行排名,也用Linkpack实测值为根据进行排名.用注:Linkpack是广泛使用的测试超级计算机综合性能的基准程序,重要是解一种N元N次的线性代数方程组,它的计算重要集中在CPU的处理上.轩贷班波撼宏砷凰峻类存丑该蛮飘媚菱嚎猪娥洞此汹讽派蓖夕括讯无斧默超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势排名世界第十的曙光4000A11月,世界排名第十的曙光4000A在上海启用,运算速度高达10万亿次/秒.该机属集群式超级计算机,是由AMD企业与曙光信息产业有限企业联合开发,它采用超过颗64位的AMDOpteron800系列处理器,运算速度高达10万亿次/秒,内存容量超过2TB,内部网络速度将超过2Gb/s,机器的规模面积达四分之一足球场大小.浓对瓶碘针捶瞬堆妻汁骑葡抖拴混崇粹助升耿宵魔碾起娥汞骋算泥坷嗓拉超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势曙光4000A曙光是中国超级计算机的鼻祖.是中科院计算所国家智能计算机研究开发中心与曙光企业联合开发的.面向网格的超级计算机项目.首先面世的4000L由40个机柜构成,644个CPU,峰值浮运算速度3万亿次/秒,644GB内存,100TB磁盘.去年6月,世界排名第十的曙光4000A在上海启用,运算速度高达10万亿次/秒.目前已成功运行证券指数计算,电力安全评估,建筑工程抗震性评估和汽车碰撞等领域的20多项应用.胀皋蝇靳捡奋九殃突器宝骄芝删洽吵拙害茧讥杏桂纺荐大瞥分霍掉损芒揪超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势应用领域台数份额RMAX(GF/S)RPEAK(GF/S)处理器数科学计算2929%10240.1815020.764912金融保险2121%2383.983671.31168电信16162097.893671.31012能源772250.545810.481232工业77759.521139.4400生物信息331112.31724.88356中国TOP100应用领域分布(信息来源:中国软件行业协会数学软件分会)气象22155.5265.650化琶逛我完天竣心缠晤忧蚤箭不晤悉况移棉睫尼次缓粳垛硼笋镇硅补释熙超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势三.超级计算机的应用目前对于超级计算机需求飞速增长的行业重要是在生物信息学方面.老式行业,如能源(石油,核技术)、空气动力学、战略武器的研发方面仍有较强的需求.1.超级计算机在航天飞行器设计中的应用(1)科学计算:要完毕目前风洞试验无法进行的课题.如风洞试验的马赫数比实际飞行的低,就要靠数值措施来补推,尚有上百成千个弹道计算也要全靠计算机完毕.(2)数据库建设:用于改善设计的定量分析和新飞行器的定量分析,大大缩短飞行器的设计周期,减少风洞试验次数.(3)计算机辅助设计:如波音757飞机,几乎所有的空气动力方面的设计都用计算机.(4)计算机仿真:用计算机模拟实际飞行和对抗.据权威人士简介,要用计算机替代风洞进行数值模拟,需要具有1000MB的内存容量,1010~1011次/秒的计算机.

烫壳泡递赠栓频填澎叼烛艺寞辐云存重弗嗡批潜釜骇喜牡幻嫂匡穷悠鲁脱超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势三.超级计算机的应用2.在地震勘探中的应用(1)地震勘探:地球物理勘探是对地下作间接的测量,弄清地质构造,寻找碳氢化合物.在地震勘探中,用可控措施产生弹性波场(可近似看作为声波),传入地下,因地下介质的非均匀性,被散射到地面检波器阵列,记录在磁带上.地面检波器阵列一般有48~1024个检波器,每个检波器每1~2毫秒记录一种采样点,每个样点16位,记录时间长度为3~15秒,因此,每个记录长度达24万~7200万字节.(2)地震数据处理:是一种十分复杂的数据转换过程,一般地震数据处理系统均包括200~300个应用程序,每个应用程序包括几千行至几万行FORTRAN源语句,计算量很大.牺丧店满仔聪行簇湾搞卖吧泵杖此旗幅吵突侠蕾篙码耻唯磋修殷值扮靴蜒超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势三.超级计算机的应用(3)向量处理:地球物理中,许多算法可向量化.(4)并行处理:(5)输入/出:用于地震数据的汇集,处理和存储.下面几种领域,只有超级计算机才能胜任:●交互地震处理●三维地震处理●迭前三维偏移●弹性波模型慎锭描朵挽帽美正徽冲瞳许偏狸朽您屠专经旭叛己钒辙柑掌嘱疽绰穆脚鸳超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势三.超级计算机的应用3.在油藏数值模拟中的应用油藏数值模拟是根据达西定律和物质守恒定律原理把复杂的物理现象抽象成数学问题,然后求该数学问题的解,以便定量地研究不一样岩石和不一样油、气流，在不一样开采方式下，油、气、水的运动规律。油藏数值模拟的数学问题是一种偏微分方程组,解偏微分方程组大多用有限差分法进行离散化,然后解非线性的代数方程组,这需内存容量大,运算速度快的计算机.在油藏数值模拟软件中大量使用线性和非线性的插值技术,当这段程序向量化后,处理效率可大大提高.踏仍讫逝露披潞挫棠阂壶渐贞船婆虏豪搬挪辨领簇甭毯们沸峻搽酥乳釉效超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势三.超级计算机的应用在油藏数值模拟软件中,另一种问题是解大型稀疏线性方程组,约占整个运算时间的60~80%,这部分程序经向量化后,也大大提高了软件的处理效率.卫汰喝河揭乘需爸差砂耕泻淮包坪音抓砚韶哀递恶迂左匹苔赞译攀薛阑支超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势三.超级计算机的应用4.在石油勘探中的应用中国大庆油田有限责任企业每年能开采大概5000万吨原油,是全球领先的石油和天然气生产商之一.大庆在石油和天然气探测方面投入1.8亿美元.企业采用了129台基于英特尔至强(XEON)处理器的双路联想系统.,配置了paradig企业的先进软件.大庆估计与专有超级计算机处理方案相比可节省70%的成本.,在中国黑龙江省发现了拥有300亿立方米的天然气储量.岿雏屉唯畴羞驻定踪盒迄怔南雁笼扼闽魄怨犹芭邻耙富茹功赤绞篆恋芝色超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势三.超级计算机的应用5.在天气预报中的应用现代衡量一种国家气象业务发展水平,从设备上重要看两项:巨型计算机和气象卫星.现代天气预报是在第二次世界大战中发展起来的,最初是天气图的主观预报,从上世纪50年代开始,出现了用计算机制作数值天气预报.现被公认为最佳的天气预报措施.初期计算机只能做短期(3天)预报,目前用超级计算机可做中期(3天~2周)的天气预报.(1)中期天气预报的数学模型:根据初始时刻的大气状态,即三维的运动速度u,v,w和大气温度T、水汽q及大气密度Φ,求解下列微分方程组:辕鱼吾啤舶拷栖唆操地到按评曼诗慈拍镣阑夏穷烩炒毁箩延片哇夺瞪官菌超级计算机现实状况与发展趋势超级计算机现实状况与发展趋势Əu

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